本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)裝置，特別是一種三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究越來(lái)越受到重視。其應(yīng)用已經(jīng)延伸到醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)行業(yè)。由于其具有較小的慣性，因而可以對(duì)其實(shí)現(xiàn)精確地定位。目前，微機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)成為世界各國(guó)研究的重點(diǎn)。

微鏡是其中一個(gè)典型的代表，近來(lái)已有很多研究機(jī)構(gòu)相機(jī)提出了不同類型的微鏡及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。但是傳統(tǒng)的微鏡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一般采用精密絲桿副及滾動(dòng)導(dǎo)軌、渦輪-凹輪機(jī)構(gòu)等機(jī)械傳動(dòng)，存在摩擦、間隙等誤差，很難一次定位成功。而對(duì)于電熱、電磁等驅(qū)動(dòng)形式也存在適應(yīng)性不足等缺陷。因此，目前急需一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型化能適應(yīng)多種場(chǎng)合的微鏡調(diào)節(jié)裝置，但是現(xiàn)有技術(shù)尚無(wú)相關(guān)描述。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置，包括粗動(dòng)臺(tái)、Y方向驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、Y方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)、Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)、Y方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、X方向駆動(dòng)機(jī)構(gòu)、X方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)、X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)和X方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；

所述Y方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)包括兩根導(dǎo)軌，該兩根導(dǎo)軌對(duì)稱設(shè)置在粗動(dòng)臺(tái)Y方向中軸線的兩側(cè)；Y方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括四個(gè)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)并兩兩對(duì)稱于粗動(dòng)臺(tái)Y方向中軸線；Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)位于兩根導(dǎo)軌的上方并在Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，該Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)關(guān)于粗動(dòng)臺(tái)Y方向中軸線對(duì)稱設(shè)置的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，每個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括懸臂梁和兩個(gè)貼合在懸臂梁上下兩端的Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器，其中懸臂梁與對(duì)應(yīng)的Y方向位移放大機(jī)構(gòu)通過(guò)鉸鏈相連，Y方向位移放大機(jī)構(gòu)的另一端與Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)相連；

Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)上設(shè)置X方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)，所述X方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)包括兩根導(dǎo)軌，該兩根導(dǎo)軌對(duì)稱設(shè)置在Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)X方向中軸線的兩側(cè)，X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)位于兩根導(dǎo)軌的上方并在X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，該X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)關(guān)于Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)X方向中軸線對(duì)稱設(shè)置的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，每個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括懸臂梁和兩個(gè)貼合在懸臂梁上下兩端的X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器，其中懸臂梁與對(duì)應(yīng)的X方向位移放大機(jī)構(gòu)通過(guò)鉸鏈相連，X方向位移放大機(jī)構(gòu)的另一端與X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)相連；

在施加電壓作用下，Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)上的X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生輸出力使懸臂梁產(chǎn)生輸出位移，然后經(jīng)過(guò)X方向位移放大機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)X方向的位移調(diào)節(jié)；粗動(dòng)臺(tái)上的Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生輸出力使懸臂梁產(chǎn)生輸出位移，然后經(jīng)過(guò)Y方向位移放大機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)Y方向的位移調(diào)節(jié)。

X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)上設(shè)置Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括支架和Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)關(guān)于X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)Y方向中軸線對(duì)稱設(shè)置的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，每個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括懸臂梁和兩個(gè)貼合在懸臂梁上下兩端且關(guān)于粗動(dòng)臺(tái)Y方向中軸線兩兩對(duì)稱的Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器，Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)頂端設(shè)置微鏡；Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)豎直方向上的位移調(diào)節(jié)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明的三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置利用壓電薄膜的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力作為驅(qū)動(dòng)源，可實(shí)現(xiàn)大位移調(diào)節(jié)。而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。同時(shí)，該裝置可實(shí)現(xiàn)多自由度調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)多種場(chǎng)合的應(yīng)用。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1為三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置圖。

圖2為三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置平面示意圖。

圖3為滑輪導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)。

圖4為Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)側(cè)視圖。

圖5為Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)正視圖。

圖中標(biāo)號(hào)所代表的含義為：1.粗動(dòng)臺(tái)，2.Y方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)，3.Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)，4.X方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)，5.Y方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，6.Y方向位移放大機(jī)構(gòu)，7.X方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，8.Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器，9.X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器，10.X方向位移放大機(jī)構(gòu)，11.X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)，12.微鏡，13.Z方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)，14.Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器，15.支架。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖，本發(fā)明的一種三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置，包括粗動(dòng)臺(tái)1、Y方向驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、Y方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)2、Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3、Y方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5、X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、X方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)4、X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)11和X方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)7；

所述Y方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)2包括兩根導(dǎo)軌，該兩根導(dǎo)軌對(duì)稱設(shè)置在粗動(dòng)臺(tái)1Y方向中軸線的兩側(cè)；Y方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5包括四個(gè)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)并兩兩對(duì)稱于粗動(dòng)臺(tái)1Y方向中軸線；Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3位于兩根導(dǎo)軌的上方并在Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，該Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)關(guān)于粗動(dòng)臺(tái)1Y方向中軸線對(duì)稱設(shè)置的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，每個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括懸臂梁和兩個(gè)貼合在懸臂梁上下兩端的Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器8，其中懸臂梁與對(duì)應(yīng)的Y方向位移放大機(jī)構(gòu)6通過(guò)鉸鏈相連，Y方向位移放大機(jī)構(gòu)6的另一端與Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3相連；

Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3上設(shè)置X方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)4，所述X方向?qū)к墮C(jī)構(gòu)4包括兩根導(dǎo)軌，該兩根導(dǎo)軌對(duì)稱設(shè)置在Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3X方向中軸線的兩側(cè)，X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)11位于兩根導(dǎo)軌的上方并在X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，該X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)關(guān)于Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3X方向中軸線對(duì)稱設(shè)置的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，每個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括懸臂梁和兩個(gè)貼合在懸臂梁上下兩端的X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器9，其中懸臂梁與對(duì)應(yīng)的X方向位移放大機(jī)構(gòu)10通過(guò)鉸鏈相連，X方向位移放大機(jī)構(gòu)10的另一端與X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)11相連；

在施加電壓作用下，Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3上的X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器9由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生輸出力使懸臂梁產(chǎn)生輸出位移，然后經(jīng)過(guò)X方向位移放大機(jī)構(gòu)10來(lái)實(shí)現(xiàn)X方向的位移調(diào)節(jié)；粗動(dòng)臺(tái)1上的Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器8產(chǎn)生輸出力使懸臂梁產(chǎn)生輸出位移，然后經(jīng)過(guò)Y方向位移放大機(jī)構(gòu)6來(lái)實(shí)現(xiàn)Y方向的位移調(diào)節(jié)。

所述X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)11上設(shè)置Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)13，其中Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)13包括支架15和Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)關(guān)于X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)11Y方向中軸線對(duì)稱設(shè)置的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，每個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括懸臂梁和兩個(gè)貼合在懸臂梁上下兩端且關(guān)于粗動(dòng)臺(tái)1Y方向中軸線兩兩對(duì)稱的Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器14，Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)13頂端設(shè)置微鏡12；Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)13經(jīng)過(guò)Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器14來(lái)實(shí)現(xiàn)豎直方向上的位移調(diào)節(jié)。

所述X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器9、Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器8、Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器14均采用壓電薄膜層合懸臂梁來(lái)施加電壓產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。

所述粗動(dòng)臺(tái)1上設(shè)置固定框，Y方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5、Y方向位移放大機(jī)構(gòu)6和Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的致動(dòng)機(jī)構(gòu)均鉸接在該固定框上。

所述Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3上設(shè)置固定框，X方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)7、X方向位移放大機(jī)構(gòu)10和X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的致動(dòng)機(jī)構(gòu)均鉸接在該固定框上。

本發(fā)明的三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置利用壓電薄膜的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力作為驅(qū)動(dòng)源，可實(shí)現(xiàn)大位移調(diào)節(jié)。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種三維壓電驅(qū)動(dòng)微鏡調(diào)節(jié)裝置，包括X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)、Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)、Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器、Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器、Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器、微鏡等。X方向位移調(diào)節(jié)包括X方向位移放大機(jī)構(gòu)10、X方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)7、X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)11、關(guān)于Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3X方向中軸線對(duì)稱設(shè)置的X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器9。Y方向位移調(diào)節(jié)包括Y方向位移放大機(jī)構(gòu)6、Y方向柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5、Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3、關(guān)于粗動(dòng)臺(tái)1Y方向中軸線對(duì)稱設(shè)置的Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器8。Z方向的位移調(diào)節(jié)包括Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)13以及四個(gè)貼合在懸臂梁上下兩端且關(guān)于粗動(dòng)臺(tái)Y方向中軸線兩兩對(duì)稱的Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器14。

粗動(dòng)臺(tái)、X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)和Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)兩兩通過(guò)線性滑輪導(dǎo)軌相互疊加在一起，滑輪導(dǎo)軌作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，滑輪導(dǎo)軌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖3所示。X、Y驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)位移放大機(jī)構(gòu)連接位移平臺(tái)。Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中微鏡置于Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器上方，通過(guò)Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力來(lái)控制微鏡在Z方向的位移調(diào)節(jié)。

X方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器9在電壓作用下由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力施加在懸臂梁上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)位移并施加在X方向位移放大機(jī)構(gòu)10，X方向位移放大機(jī)構(gòu)10沿X方向移動(dòng)推動(dòng)X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)11，X方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)11在滑輪導(dǎo)軌上沿X方向移動(dòng)。

Y方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器8在電壓作用下由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力施加在懸臂梁上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)位移并施加在Y方向位移放大機(jī)構(gòu)6，Y方向位移放大機(jī)構(gòu)6沿Y方向移動(dòng)推動(dòng)Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3，Y方向位移調(diào)節(jié)平臺(tái)3在滑輪導(dǎo)軌上沿Y方向移動(dòng)。

結(jié)合圖4、圖5，Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)13中，微鏡12固定在Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器的上方，Z方向位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)13底端通過(guò)支架15固定在X方向位移平臺(tái)3上。

在X、Y兩方向的位移調(diào)節(jié)后，Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器14在電壓作用下由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力以此來(lái)控制微鏡在豎直方向上的位移調(diào)節(jié)。

總之，X、Y、Z方向壓電薄膜驅(qū)動(dòng)器在電壓作用下由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)位移，經(jīng)放大機(jī)構(gòu)作用下實(shí)現(xiàn)微鏡的三自由度的調(diào)節(jié)。